Kaj so izvorne celice in kaj počnejo?
Celice v telesu imajo posebne namene, vendar so izvorne celice celice, ki še nimajo določene vloge in lahko postanejo skoraj vsaka potrebna celica.
Matične celice so nediferencirane celice, ki se lahko spremenijo v določene celice, saj jih telo potrebuje.
Znanstvenike in zdravnike zanimajo izvorne celice, saj jim pomagajo razložiti, kako delujejo nekatere funkcije telesa in kako se včasih zmotijo.
Matične celice se prav tako obetajo za zdravljenje nekaterih bolezni, ki trenutno nimajo zdravila.
Viri izvornih celic
Matične celice izvirajo iz dveh glavnih virov: odraslih telesnih tkiv in zarodkov. Znanstveniki delajo tudi na načinih za razvoj izvornih celic iz drugih celic z uporabo genskih tehnik "reprogramiranja".
Odrasle matične celice
Matične celice se lahko spremenijo v katero koli vrsto celic, preden se diferencirajo.
Telo človeka vsebuje izvorne celice skozi celo življenje. Telo lahko te matične celice uporabi kadar koli jih potrebuje.
Imenovane tudi tkivno specifične ali somatske matične celice, odrasle matične celice obstajajo po telesu od trenutka, ko se zarodek razvije.
Celice so v nespecifičnem stanju, vendar so bolj specializirane kot zarodne izvorne celice. V tem stanju ostanejo, dokler jih telo ne potrebuje za določen namen, recimo kot kožne ali mišične celice.
Vsakodnevno življenje pomeni, da telo nenehno obnavlja svoja tkiva. V nekaterih delih telesa, na primer v črevesju in kostnem mozgu, se matične celice redno delijo, da tvorijo nova telesna tkiva za vzdrževanje in popravilo.
Matične celice so prisotne znotraj različnih vrst tkiva. Znanstveniki so v tkivih našli matične celice, med katerimi so:
- možgani
- kostni mozeg
- krvi in krvnih žil
- skeletne mišice
- kožo
- jetra
Matične celice pa je težko najti. Lahko ostanejo nedelujoči in nespecifični več let, dokler jih telo ne pokliče na popravilo ali rast novega tkiva.
Odrasle matične celice se lahko neomejeno delijo ali samoobnavljajo. To pomeni, da lahko iz izvornega organa ustvarijo različne tipe celic ali celo popolnoma obnovijo prvotni organ.
Ta delitev in regeneracija sta način, kako se kožna rana zaceli ali kako se organ, kot je na primer jetra, popravi po poškodbi.
V preteklosti so znanstveniki verjeli, da se odrasle matične celice lahko razlikujejo le glede na izvorno tkivo. Vendar nekateri dokazi zdaj kažejo, da se lahko diferencirajo in postanejo tudi druge vrste celic.
Embrionalne matične celice
Že v najzgodnejši fazi nosečnosti, potem ko sperma oplodi jajčece, se oblikuje zarodek.
Približno 3-5 dni po tem, ko sperma oplodi jajčece, ima zarodek obliko blastociste ali kroglice celic.
Blastocista vsebuje matične celice in se kasneje vsadi v maternico. Embrionalne izvorne celice prihajajo iz blastociste, ki je stara 4-5 dni.
Ko znanstveniki jemljejo matične celice iz zarodkov, so to običajno dodatni zarodki, ki so rezultat zunajtelesne oploditve (IVF).
V ambulantah za zunajtelesno oploditev zdravniki oplodijo več jajčec v epruveti, da zagotovijo vsaj eno preživetje. Nato bodo vsadili omejeno število jajčec, da bodo začeli nosečnost.
Ko sperma oplodi jajčece, se te celice združijo in tvorijo eno samo celico, imenovano zigota.
Ta enocelična zigota se nato začne deliti in tvori 2, 4, 8, 16 celic itd. Zdaj je zarodek.
Kmalu in pred vsadkom zarodka v maternico je ta masa približno 150–200 celic blastocista. Blastocista je sestavljena iz dveh delov:
- zunanja celična masa, ki postane del posteljice
- notranja celična masa, ki se bo razvila v človeško telo
V notranji masi celic najdemo zarodne izvorne celice. Znanstveniki jih imenujejo totipotentne celice. Izraz totipotent se nanaša na dejstvo, da imajo celoten potencial, da se razvijejo v katero koli celico v telesu.
S pravilno stimulacijo lahko celice postanejo krvne celice, kožne celice in vse druge vrste celic, ki jih telo potrebuje.
V zgodnji nosečnosti se stopnja blastociste nadaljuje približno 5 dni pred vsadkom zarodka v maternico ali maternico. Na tej stopnji se matične celice začnejo razlikovati.
Embrionalne izvorne celice se lahko razlikujejo v več vrst celic kot odrasle matične celice.
Mezenhimske izvorne celice (MSC)
MSC prihajajo iz vezivnega tkiva ali strome, ki obdaja telesne organe in druga tkiva.
Znanstveniki so z MSC ustvarili nova telesna tkiva, kot so kosti, hrustanec in maščobne celice. Morda bodo nekoč imeli vlogo pri reševanju številnih zdravstvenih težav.
Inducirane pluripotentne matične celice (iPS)
Znanstveniki jih ustvarijo v laboratoriju z uporabo kožnih celic in drugih tkivno specifičnih celic. Te celice se obnašajo podobno kot zarodne izvorne celice, zato bi bile lahko koristne za razvoj vrste terapij.
Potrebno pa je več raziskav in razvoja.
Za gojenje matičnih celic znanstveniki najprej odvzamejo vzorce iz odraslega tkiva ali zarodka. Nato te celice postavijo v nadzorovano kulturo, kjer se bodo delile in razmnoževale, ne pa tudi nadaljnje specializirane.
Matične celice, ki se delijo in razmnožujejo v nadzorovani kulturi, se imenujejo linija izvornih celic.
Raziskovalci upravljajo in delijo linije matičnih celic za različne namene. Lahko spodbudijo matične celice, da se specializirajo na določen način. Ta postopek je znan kot usmerjena diferenciacija.
Do zdaj je bilo lažje gojiti veliko število zarodnih izvornih celic kot odrasle matične celice. Znanstveniki pa napredujejo pri obeh vrstah celic.
Vrste izvornih celic
Raziskovalci kategorizirajo izvorne celice glede na njihov potencial za diferenciacijo v druge vrste celic.
Embrionalne izvorne celice so najmočnejše, saj je njihova naloga postati vse vrste celic v telesu.
Popolna klasifikacija vključuje:
Totipotent: te matične celice se lahko razlikujejo po vseh možnih vrstah celic. Prvih nekaj celic, ki se pojavijo, ko se zigota začne deliti, je totipotentnih.
Pluripotent: Te celice se lahko spremenijo v skoraj vsako celico. Celice zgodnjega zarodka so pluripotentne.
Multipotentne: Te celice se lahko diferencirajo v tesno povezano družino celic. Na primer, odrasle krvotvorne matične celice lahko postanejo rdeče in bele krvne celice ali trombociti.
Oligopotent: lahko se razlikujejo v nekaj različnih vrst celic. To lahko storijo odrasle limfoidne ali mieloične matične celice.
Unipotentni: Ti lahko proizvajajo samo celice ene vrste, ki so njihove vrste. Vendar so še vedno izvorne celice, ker se lahko obnovijo. Primeri vključujejo matične celice odraslih mišic.
Embrionalne matične celice veljajo za pluripotentne namesto za totipotentne, ker ne morejo postati del zunaj embrionalnih membran ali posteljice.
Uporabe
Matične celice same po sebi ne služijo nobenemu namenu, so pa pomembne iz več razlogov.
Prvič, s pravilno stimulacijo lahko številne matične celice prevzamejo vlogo katere koli vrste celic in lahko obnovijo poškodovano tkivo v pravih pogojih.
Ta možnost lahko ljudem reši življenja ali popravi rane in poškodbe tkiva po bolezni ali poškodbi. Znanstveniki vidijo številne možne načine uporabe matičnih celic.
Obnova tkiv
Obnova tkiv je verjetno najpomembnejša uporaba izvornih celic.
Do zdaj je oseba, ki je na primer potrebovala novo ledvico, morala počakati na darovalca in nato presaditi.
Donatorskih organov primanjkuje, vendar bi jih znanstveniki z navodili, naj se diferencirajo na določen način, lahko uporabili za gojenje določene vrste tkiva ali organa.
Kot primer so zdravniki že uporabili izvorne celice tik pod površino kože za izdelavo novega kožnega tkiva. Nato lahko popravijo hudo opeklino ali drugo poškodbo s cepljenjem tega tkiva na poškodovano kožo in nova koža bo zrasla nazaj.
Zdravljenje bolezni srca in ožilja
Leta 2013 je skupina raziskovalcev iz splošne bolnišnice Massachusetts poročala v PNAS zgodnja izdaja da so ustvarili krvne žile v laboratorijskih miših z uporabo človeških izvornih celic.
V 2 tednih po vsaditvi matičnih celic so se oblikovale mreže krvno perfuziranih žil. Kakovost teh novih krvnih žil je bila tako dobra kot bližnjih naravnih.
Avtorji so upali, da bi ta vrsta tehnike sčasoma lahko pomagala pri zdravljenju ljudi s srčno-žilnimi in žilnimi boleznimi.
Zdravljenje možganskih bolezni
Zdravniki bodo nekoč lahko uporabili nadomestne celice in tkiva za zdravljenje možganskih bolezni, kot sta Parkinsonova in Alzheimerjeva bolezen.
Na primer pri Parkinsonovi bolezni poškodbe možganskih celic vodijo do nenadzorovanih gibov mišic. Znanstveniki bi lahko z matičnimi celicami napolnili poškodovano možgansko tkivo. To bi lahko vrnilo specializirane možganske celice, ki ustavijo nenadzorovano gibanje mišic.
Raziskovalci so že poskušali razlikovati zarodne izvorne celice v te vrste celic, zato se zdravljenje obeta.
Terapija s pomanjkanjem celic
Znanstveniki upajo, da bodo nekega dne lahko v laboratoriju razvili zdrave srčne celice, ki jih bodo lahko presadili ljudem s srčnimi boleznimi.
Te nove celice bi lahko popravile poškodbe srca s ponovnim naselitvijo srca v zdravo tkivo.
Podobno bi lahko ljudje s sladkorno boleznijo tipa I prejeli celice trebušne slinavke, da bi nadomestili celice, ki proizvajajo inzulin, ki jih je njihov lastni imunski sistem izgubil ali uničil.
Edina trenutna terapija je presaditev trebušne slinavke, za presaditev pa je na voljo zelo malo trebušne slinavke.
Zdravljenje bolezni krvi
Zdravniki zdaj rutinsko uporabljajo hematopoetske matične celice pri odraslih za zdravljenje bolezni, kot so levkemija, anemija srpastih celic in druge težave z imunsko pomanjkljivostjo.
Hematopoetske matične celice se pojavljajo v krvi in kostnem mozgu in lahko tvorijo vse vrste krvnih celic, vključno z rdečimi krvnimi celicami, ki prenašajo kisik, in belimi krvničkami, ki se borijo proti boleznim.
Doniranje ali nabiranje matičnih celic
Ljudje lahko darujejo izvorne celice za pomoč ljubljeni osebi ali morda za lastno uporabo v prihodnosti.
Donacije lahko prispevajo iz naslednjih virov:
Kostni mozeg: Te celice jemljemo pod splošnim anestetikom, običajno iz kolka ali medenične kosti. Nato tehniki izolirajo matične celice iz kostnega mozga za shranjevanje ali darovanje.
Periferne matične celice: oseba dobi več injekcij, zaradi katerih njen kostni mozeg sprosti matične celice v kri. Nato se iz telesa odstrani kri, stroj loči matične celice in zdravniki vrnejo kri v telo.
Popkovnična kri: Matične celice lahko poberemo iz popkovine po porodu, brez škode za dojenčka. Nekateri dajejo popkovnično kri, drugi pa jo shranjujejo.
Nabiranje izvornih celic je lahko drago, vendar prednosti za prihodnje potrebe vključujejo:
- izvorne celice so lahko dostopne
- manjša možnost zavrnitve presajenega tkiva, če prihaja iz lastnega telesa prejemnika
Raziskave in znanstvena odkritja
Matične celice niso koristne samo kot potencialne terapije, temveč tudi za raziskovalne namene.
Na primer, znanstveniki so ugotovili, da lahko vklop ali izklop določenega gena povzroči njegovo razlikovanje. Vedeti, da jim to pomaga, da raziščejo, kateri geni in mutacije povzročajo katere učinke.
Oboroženi s tem znanjem bodo morda lahko odkrili, kaj povzroča širok spekter bolezni in stanj, od katerih nekatera še nimajo zdravila.
Nenormalna delitev in diferenciacija celic sta odgovorna za pogoje, ki vključujejo raka in prirojene okvare, ki izvirajo iz rojstva. Če vemo, kaj povzroča, da se celice delijo na napačen način, bi lahko prišli do ozdravitve.
Matične celice lahko pomagajo tudi pri razvoju novih zdravil. Namesto testiranja zdravil na človeških prostovoljcih lahko znanstveniki ocenijo, kako zdravilo vpliva na normalno, zdravo tkivo, tako da ga testirajo na tkivu, pridelanem iz izvornih celic.
Video: Kaj so izvorne celice?
Oglejte si video, če želite izvedeti več o izvornih celicah.
Polemika
Glede raziskav izvornih celic je bilo nekaj polemik. To se v glavnem nanaša na delo na zarodnih izvornih celicah.
Uporaba zarodkov za izvorne celice
Argument proti uporabi embrionalnih izvornih celic je, da uniči človeško blastocisto in se oplojeno jajčece ne more razviti v človeka.
Danes raziskovalci iščejo načine za ustvarjanje ali uporabo izvornih celic, ki ne vključujejo zarodkov.
Mešanje ljudi in živali
Raziskave izvornih celic pogosto vključujejo vstavljanje človeških celic v živali, kot so miši ali podgane. Nekateri trdijo, da bi to lahko ustvarilo organizem, ki je del človeka.
V nekaterih državah je nezakonito proizvajati linije zarodnih izvornih celic. V Združenih državah lahko znanstveniki ustvarjajo ali delajo z zarodnimi linijami izvornih celic, vendar je prepovedana uporaba zveznih sredstev za raziskovanje linij matičnih celic, ki so bile ustvarjene po avgustu 2001.
Terapija z matičnimi celicami in regulacija FDA
Nekateri že ponujajo "terapije z izvornimi celicami" za različne namene, na primer proti staranju.
Vendar večina teh uporab nima odobritve ameriške uprave za hrano in zdravila (FDA). Nekateri izmed njih so lahko nezakoniti, nekateri pa nevarni.
Kdor razmišlja o zdravljenju z izvornimi celicami, se mora pri ponudniku ali pri FDA prepričati, ali ima izdelek odobritev in ali je bil izdelan na način, ki ustreza varnosti in učinkovitosti FDA.
